【導(dǎo)讀】更為有遠(yuǎn)見的OEM汽車廠商已經(jīng)意識到車內(nèi)環(huán)境照明的價值，以在日益競爭激烈的市場中提升產(chǎn)品的差異化。進而由于電子設(shè)備已成為汽車組件中增長最快的部分，速度超過了機械裝置、氣動裝置和液壓裝置。隨著車內(nèi)環(huán)境照明應(yīng)用數(shù)量的不斷增多，OEM汽車廠商對不同顏色的LED環(huán)境照明方案進行了區(qū)分應(yīng)用，現(xiàn)在主要是應(yīng)用于其中的中級橋車模型，將來如何大規(guī)模擴展的唯一真正問題是怎樣在可接受的成本內(nèi)實現(xiàn)所需的照明系統(tǒng)。
為了滿足上述應(yīng)用要求并降低成本、縮短實現(xiàn)時間，選擇正確的解決方案至關(guān)重要。本文將從以下幾個方面對車內(nèi)環(huán)境照明解決方案進行闡述：
（1）車內(nèi)環(huán)境照明實現(xiàn)方法的選擇；
（2）使用控制算法實現(xiàn)對RGB LED顏色的混光，溫度補償以及LED之間的差異化補償；
（3）車內(nèi)環(huán)境照明網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方式的討論。
一、車內(nèi)環(huán)境照明系統(tǒng)的發(fā)展
基本的環(huán)境照明機制大約在五年前開始應(yīng)用于汽車。在這個階段，它們可支持的功能非常有限，并且實現(xiàn)方式也被認(rèn)為是相當(dāng)昂貴的。如果要將車內(nèi)環(huán)境照明作為一個市場賣點，就需要增加終端客戶的調(diào)節(jié)靈便性。這導(dǎo)致了從傳統(tǒng)早期的被動方案到更智能化的環(huán)境氛圍燈系統(tǒng)。借助于完全可調(diào)節(jié)化環(huán)境氛圍燈的發(fā)展，車輛駕駛員將在不久的將來根據(jù)個人情緒或品味將車內(nèi)氛圍燈調(diào)整為他們想要的任何顏色。在未來的車型中，車內(nèi)氛圍燈非常有可能成為高級駕駛員信息系統(tǒng)的一部分。例如，汽車在城市
中，鄉(xiāng)村公路上或高速路上行駛時，環(huán)境氛圍燈顏色會有所不同，紅色可提高駕駛員的預(yù)警性，而黃色則有助于駕駛員在高速路上放松駕駛心情。在很多情況下，車內(nèi)環(huán)境氛圍燈可與OEM汽車廠商的價值以及個性化定位聯(lián)系在一起，使其產(chǎn)品更加有獨特性。
二、環(huán)境照明的實現(xiàn)
為了使環(huán)境照明能在車載環(huán)境里有實際的影響，并真正讓到乘客和駕駛員體驗其舒適性，需要在車內(nèi)布置大量的固態(tài)光源 ——可設(shè)置于腳部空間，沿儀表板，穿過車頂部下側(cè)，或是門板等，以及用于照亮車內(nèi)特定部位（車內(nèi)門把手、杯托等）。在光電領(lǐng)域?qū)τ趩畏庋b發(fā)光器件的三原色混色并使其擴散于整個車內(nèi)已經(jīng)取得了進展，然而隨著需要將所有RGB LED互連的成本要求對環(huán)境氛圍光的實現(xiàn)方式有著非常大的制約，考慮到這個因素，現(xiàn)可能只會被用于豪華車內(nèi)。這無疑是不幸的，因為如果價格適當(dāng)，它完全可以被廣泛用于中檔或是入門級轎車。
圖1 應(yīng)用車內(nèi)環(huán)境照明的實際效果
1.LIN 控制
與考慮任何一種方案一樣，成本的要求是首當(dāng)其沖的。在車內(nèi)環(huán)境照明解決方案中實施本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）通信是最佳的做法，可有助于降低開發(fā)成本和縮短開發(fā)周期，因此利用現(xiàn)有的總線設(shè)施，重量輕、單線LIN通信是對高性能，成本昂貴的CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）通信的補充。每個RGB LED模塊可以連接在LIN網(wǎng)絡(luò)而不需要額外的布線。因此，整體系統(tǒng)成本可保持在最低水平，再加上汽車總重量不會增加——從而避免了燃油損耗的增加，而且設(shè)計者也可以利用LED的封裝優(yōu)勢進一步提升車內(nèi)體驗。
2.恒流源驅(qū)動
LED必須使用恒流源驅(qū)動。大部分LED都有一個規(guī)定的電流級別，LED在這個電流級別可達(dá)到最大的亮度，且有助于LED壽命。另外LED的光能輸出和其流經(jīng)的電流是成正比的。
控制LED亮度通常有兩種方式：一是改變LED電流；二是對LED驅(qū)動的恒流源電流采用脈寬調(diào)制（PWM）改變占空比。
第一種方式的主要缺點：隨著電流的降低，LED效率也隨之降低，對于高功率LED，電流的降低還會導(dǎo)致顏色偏差。然而PWM調(diào)光方式以全電流驅(qū)動LED，可避免效率降低和顏色偏差等問題。
邁來芯電子最新推出的MLX81106包含上述必要的內(nèi)部驅(qū)動技術(shù)，芯片可利用內(nèi)建恒流源直接驅(qū)動4顆LEDs（紅、綠、藍(lán)和白），并且使用MOS柵電壓幅值調(diào)整實現(xiàn)PWM占空比調(diào)制。
圖2 MLX81106驅(qū)動RGB LED電路圖
3.RGB LED 顏色控制算法以及補償
使用集成MCU微控制器方式可檢測并控制RGB LED顏色，產(chǎn)生特定的顏色，以及混合的顏色。如，可以混合RGB的成分來產(chǎn)生特定的白光。
通過采用紅色、綠色和藍(lán)色的顏色值以及亮度值可產(chǎn)生所需的顏色，對應(yīng)地采用三個PWM通道或是四個PWM通道實現(xiàn)，本文討論的是采用三個PWM通道實現(xiàn)將顏色和亮度控制結(jié)合在一起的方式，因此需要更高的PWM分辨率以及功能強大的MCU。
MLX81106本身集成了MCU，其4路輸出能實現(xiàn)最高到30mA （使用內(nèi)部電路增強功能可達(dá)48mA）的驅(qū)動電流驅(qū)動外部RGB LED（如果需要輸出更大電流來驅(qū)動白色LED，可以采用芯片本身高邊IOs驅(qū)動外接器件來實現(xiàn)）混光產(chǎn)生2.7 x 1014不同的顏色—— 從而使用戶有更加廣泛的選擇。
另外LED的溫度和差異性是影響LED顏色因素的一部分，因此需要對這兩者的影響進行補償。
對于溫度補償，低成本且有效的方式是采用芯片內(nèi)部集成的溫度傳感器和比較器；或是檢測LED的正向壓降，MLX81106可提供上述兩種方式的實現(xiàn)硬件，其集成的LED閾值檢測能力不僅對LED溫度進行補償，也可對LED老化實現(xiàn)補償，而不需要任何外部元器件。
由于LEDs 通常因為生產(chǎn)過程會造成的光強度的差異，這會引起輸出混光顏色的差異。為了彌補該效應(yīng)MLX81106集成的128字節(jié)EEPROM可用來在模塊生產(chǎn)線上對LEDs進行終端校準(zhǔn)，從而實現(xiàn)LED差異性補償。
4.網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方式
由于整個車內(nèi)部需要大量的固態(tài)光源，基于物流原因，重要的一點是確保所有模塊都是相同的（硬件和軟件方面）。為了簡化汽車的生產(chǎn)過程，需要對單個模塊進行單獨的控制，就需要實現(xiàn)一個系統(tǒng)來檢測汽車內(nèi)每個模塊的具體位置。此外，對汽車內(nèi)照明節(jié)點聯(lián)網(wǎng)以及診斷的要求，都需要使用適合的低成本通信協(xié)議，如之前討論OEM汽車廠商最新開發(fā)的車內(nèi)照明采用的最經(jīng)濟有效方式是LIN/J2602通信協(xié)議，進而考慮到需要檢測每個模塊并對其實現(xiàn)診斷，現(xiàn)在一些OEM汽車廠商正考慮采用具有自動尋址功能的LIN通信。該方式基于總線并聯(lián)（已用于空調(diào)系統(tǒng)）方式實現(xiàn)。雖然與標(biāo)準(zhǔn)LIN通信相比增加了硅的成本，但是該系統(tǒng)提供在整車EOL過程中對所有模塊實現(xiàn)檢測的功能，降低OEM汽車廠商和一級供應(yīng)商的物流成本。
邁來芯電子對此方案提供了簡單的參考電路設(shè)計，包含RGB LED、驅(qū)動電路和自動尋址功能，全都置于一塊僅有9mm x 9mm大小的PCB上。
圖3 LIN網(wǎng)絡(luò)中總線并聯(lián)實現(xiàn)自動尋址示意圖
三、MLX81106解決方案介紹
為應(yīng)對汽車廠商OEM的實際需求，且為實現(xiàn)成本有效的環(huán)境照明方案，邁來芯電子推出了MLX81106車用級芯片。該芯片借助 0.18μm高壓CMOS工藝，是顆高度集成、可自由編程的LIN RGB LED 從節(jié)點器件。芯片本身采用SOIC8小尺寸封裝方式，可滿足客戶PCB設(shè)計的大小以及空間要求。其次集成了多種功能，包括物理層LIN收發(fā)器，19.2kbit/s LIN 控制器（支持 LIN 2.x 和 SAE J2602），預(yù)分頻的10-位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) ，電壓調(diào)節(jié)器和16位微控制器 （有24/32K字節(jié)大小的Flash, 512字節(jié)的 RAM, 128字節(jié) EEPROM存儲）。
另外為了滿足汽車廠商OEM對車內(nèi)環(huán)境照明節(jié)點個數(shù)的要求，研發(fā)人員對芯片內(nèi)部電路做了特殊設(shè)計，使得LIN總線上最多可連接25個從節(jié)點，遠(yuǎn)大于LIN總線規(guī)定的16個從節(jié)點。
圖4 MLX81106參考PCB設(shè)計
結(jié)論
該文主要闡述了高度集成單芯片實現(xiàn)的環(huán)境照明系統(tǒng)解決方案。意味著RGB 氛圍燈模塊可通過車內(nèi)LIN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連，同時該方案也不需要花費長時間研發(fā)過程或是大量的人力資源。這樣的技術(shù)勢必會成為OEM汽車廠商的主要賣點。通過LIN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的環(huán)境氛圍燈功能，會使汽車廠商的車型更具個性化，進而使得他們從競爭對手中脫穎而出。因此未來該功能將不再局限于高端汽車，而將變得更加適用于OEM汽車廠商的大批量暢銷車型中。
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